[發(fā)明專利]手持式植物葉片運(yùn)動(dòng)方位角度電子測量儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310048675.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN103148834A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚賀盛;易小平;張旺鋒;陳明杰;唐騰飛;張亞黎;羅宏海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 石河子大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C1/00
• 分類號(hào): G01C1/00
• 代理公司: 石河子恒智專利代理事務(wù)所 65102
• 代理人: 朱永慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于植物葉片在向日性運(yùn)動(dòng)中，可以測定葉片運(yùn)動(dòng)角度變化的植物葉片運(yùn)動(dòng)方位角度電子測量儀。

背景技術(shù)

高等植物不能像動(dòng)物一樣自由移動(dòng)整體的位置，但植物體的器官在空間可以產(chǎn)生移動(dòng)，以適應(yīng)環(huán)境的變化，這就是植物的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)植物體受到單一方向的外界刺激而引起的定向運(yùn)動(dòng)，稱為向性運(yùn)動(dòng)。而向光性就是植物向性運(yùn)動(dòng)中主要的運(yùn)動(dòng)之一。向日性運(yùn)動(dòng)又分為兩種類型，一種是橫向日性運(yùn)動(dòng)，葉片運(yùn)動(dòng)總是使葉平面與太陽的入射光線垂直，以捕獲更多光能，盡可能達(dá)到光合作用的最大化；另一種是偏向日性運(yùn)動(dòng)，葉片運(yùn)動(dòng)總是使葉平面與太陽的入射光線平行，以減少光能捕獲，從而規(guī)避高溫等環(huán)境下的光灼傷。研究表明，植物葉片向日性運(yùn)動(dòng)能夠影響植物的光合物質(zhì)生產(chǎn)和生長發(fā)育，對(duì)植物的生存繁衍和發(fā)展具有重要的意義。

研究植物葉片運(yùn)動(dòng)的生理生態(tài)意義首先要對(duì)葉片運(yùn)動(dòng)本身進(jìn)行測定，即葉片在空間上如何變換運(yùn)動(dòng)角度。前人對(duì)植物葉片的向日性運(yùn)動(dòng)已進(jìn)行了大量研究，包括如何對(duì)葉片向日性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測定，即葉片在空間上如何變換角度，也就是測定葉片的方位角、方向角和懸掛角。所述方位角，是葉尖端與羅盤儀指北針（北向）之間的夾角。以手持羅盤儀置于葉平面上，調(diào)整羅盤儀使指針指向0°,此時(shí)葉尖端在羅盤上所指的讀數(shù)即為方位角；所述方向角，是以葉中脈為軸，葉片轉(zhuǎn)向東或西的角度。以半圓量角器從直徑中心（圓心）處懸一小鉛錘線作為讀數(shù)標(biāo)志，放置半圓量角器平面與葉中脈垂直方向，使半圓量角器的直徑面（半圓面）與葉平面保持緊貼，此時(shí)鉛錘線的讀數(shù)就是方向角；所述懸掛角，是葉中脈垂直運(yùn)動(dòng)離開水平面的角度。以半圓量角器的直徑橫梁平行緊貼葉中脈，此時(shí)鉛垂線的讀數(shù)就是懸掛角。

目前國內(nèi)外對(duì)植物葉片向日性運(yùn)動(dòng)的測量方法主要有方位角度測定法、投影法、定點(diǎn)照相法等。

方位角測定法是使用量角器，鉛垂線和羅盤儀測定葉片的方位角，方向角和懸掛角，通過這三個(gè)角度就可以對(duì)葉片的空間位置進(jìn)行定位，進(jìn)而描述葉片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種方法具有相對(duì)測定簡單、快捷和宜于操作等特點(diǎn)，是運(yùn)用較廣的一種測定方法。投影法是利用葉片的投影來描述葉片運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。在葉片的下方垂直于太陽光放置一個(gè)平板，利用葉片在這個(gè)平面上的投影面積和葉片的實(shí)際面積之比，求出葉面法線與太陽光線所成的角度，如假設(shè)葉片的實(shí)際面積為A，與太陽光線成直角的平面上葉片投影面積為B，則葉面法線和太陽光線所成角度i可以表示為，cosi=B/A。當(dāng)cosi等于1表示葉片和太陽光線垂直，接受的光強(qiáng)達(dá)到最大；當(dāng)cosi接近0表示葉片和太陽光線平行，接受的光強(qiáng)達(dá)到最小。定點(diǎn)照相法與上述的兩種測量法不同，它是每間隔1-2個(gè)小時(shí)用固定相機(jī)拍攝葉片的變化，捕捉視覺上葉片如何進(jìn)行向日性運(yùn)動(dòng)的方法。

以上三種方法雖然均能描述出植物葉片如何進(jìn)行向日性運(yùn)動(dòng)，但是在實(shí)際運(yùn)用過程中每種方法都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。方位角度測定法雖然能夠?qū)θ~片在空間上如何運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，但只適合葉片運(yùn)動(dòng)方式較為簡單的植物，比如棉花；在對(duì)運(yùn)動(dòng)方式較復(fù)雜的植物葉片的測定上顯得力不從心，比如豆類。這種方法在測定時(shí)誤差較大，且無法描述葉片的受光狀態(tài)。投影法能夠描述葉片的受光狀態(tài)，很直接的反映葉片接受光強(qiáng)的多少，但是這種方法無法在空間方位上對(duì)葉片進(jìn)行分析，反映不出葉片在空間上的運(yùn)動(dòng)過程，且在使用過程中操作復(fù)雜。定點(diǎn)照相法能夠很直觀的反映出葉片向日性運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和變化過程，但無法定量描述葉片的運(yùn)動(dòng)方式以及受光狀態(tài)。

為了更好的對(duì)植物葉片向日性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測定，研究者也在不斷的對(duì)葉片運(yùn)動(dòng)測定方式進(jìn)行改進(jìn)。比如在20世紀(jì)60年代，通過測定葉片的方位角和懸掛角以及太陽高度角和天頂角計(jì)算葉面法線和太陽光線所成角度，所用公式為，cosi=cosβ*cos?z?+?sinβ*sin?z*cos(αs-αl)?公式中αl是葉片方位角，z是太陽天頂角，β是葉片懸掛角，αs是太陽方位角。由此看出這種方法是把方位角測定法和投影法進(jìn)行有效的結(jié)合，一方面能夠?qū)θ~片在空間上如何運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，另一方面能夠描述葉片的受光狀態(tài)，但是這種方法依然無法解決對(duì)運(yùn)動(dòng)方式較復(fù)雜的植物葉片的測定。